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Die
Erfindung betrifft eine Wicklungsanschlussvorrichtung für einen
elektrischen Motor oder Generator.
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Elektrische
Motoren und Generatoren weisen Spulenwicklungen auf, die elektrisch
an eine Versorgungsleitung angeschlossen werden müssen. Hierzu
können
die Wicklungsenden zu einer Anschlusseinrichtung geführt werden
und dort beispielsweise durch Löten
oder Schweißen
mit den zugeordneten Kontaktstellen elektrisch verbunden werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanschlussvorrichtung
für einen
elektrischen Motor oder Generator bereitzustellen, der gegenüber den
bekannten Vorrichtungen noch weiter verbessert ist. In einer Ausführungsart
sollen die Einsatzmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Wicklungsanschlussvorrichtung
erhöht
sein und insbesondere einen dauerhaft sicheren Betrieb gewährleisten.
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Das
Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Wicklungsanschlussvorrichtung
gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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In
einer Ausführungsart
weist die Wicklungsanschlussvorrichtung eine Platine mit mindestens
einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement auf und außerdem mindestens
eine Anschlussleitung für
eine Wicklung eines Motors oder Generators. Auf der Platine können beispielsweise
Sensoren oder elektrische Schaltelemente angeordnet sein, beispielsweise
auch Sensoren zum Detektieren der Umgebungsbedingungen wie beispielsweise
ein Temperatursensor, oder Sensoren zum Detektieren des Betriebszustandes
des Motors. In einer Ausführungsart
sind mehrere, insbesondere alle Anschlussleitungen der Wicklungen
des Motors oder Generators in der Wicklungsanschlussvorrichtung
angeordnet.
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Die
Anschlussleitung kann mit der Platine mechanisch und/oder elektrisch
verbunden sein, beispielsweise kann die Anschlussleitung auf die
Platine aufgelötet
sein. In einer Ausführungsart
der Erfindung ist die Anschlussleitung gegenüber der Platine elektrisch
isoliert. Die Platine und die Anschlussleitung sind unter Bildung
eines Körpers
mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff verpresst oder umspritzt.
Für das
Herstellen des Körpers
kann dabei ein Spritzgussverfahren, ein Transferpressverfahren oder
ein Pressverfahren oder jedes sonstige geeignete Formgebungsverfahren
eingesetzt werden. Die Verwendung eines Druckes von beispielsweise
mehr als 50 bar, vorzugsweise mehr als 100 bar und insbesondere
mehr als 200 bar bietet dabei gegenüber einem reinen Gießvorgang
den Vorteil eines dichten Verschließens der Platine und der Anschlussleitung gegenüber der
Umgebung. Dadurch kann die Wicklungsanschlussvorrichtung auch in
aggressiven Umgebungen mit hoher Betriebssicherheit eingesetzt werden.
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In
einer Ausführungsart
werden die Außenflächen des
Körpers
durch den elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet, bei dem es
sich beispielsweise um einen Polymerkunststoff handelt, der beispielsweise
durch Wärmezufuhr
und/oder elektromagnetische Strahlung aushärtbar ist, insbesondere vernetzbar
ist. In einer Ausführungsart
weist der Körper
eine vorzugsweise kreisrunde Durchtrittsöffnung für den Rotor des Motors auf.
Der Körper
kann eine geschlossene Umfangslinie für die Durchtrittsöffnung bilden.
In einer Ausführungsart
ist die lichte Weite der Durchtrittsöffnung nur um etwa 0,5 bis
5 mm, vorzugsweise etwa 0,8 bis 3 mm größer als der Außendurchmesser
des Rotors. Die Platine und die Anschlussleitung sind innerhalb
des Körpers
gegenüber Umgebungseinflüssen abgedichtet
angeordnet. Dadurch sind die Platine, die auf der Platine angeordneten
Bauelemente und die in dem Körper
verlaufende Anschlussleitung beispielsweise vor Korrosion geschützt. Eine
Kontaktstelle der Anschlussleitung ist von außerhalb des Körpers elektrisch
kontaktierbar. Die Kontaktstelle steht vorzugsweise über die
sie umgebende Fläche
des Körpers über, so
dass eine Kontaktierung mit dem Wicklungsende des Motors besonders
einfach ist.
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In
einer Ausführungsart
handelt es sich bei dem den Körper
bildenden elektrisch isolierenden Werkstoff um einen Duroplast,
beispielsweise um ein Epoxydharz. Die Anschlussleitungen können aus Bronze
bestehen oder aus einer sonstigen geeigneten Legierung oder einem
geeigneten Metall. In einer Ausführungsart
ist die Anschlussleitung von der Platine beabstandet und vorzugsweise
mediendicht, insbesondere öldicht,
von der Platine separiert. Hierzu kann die den Körper bildende Formmasse beim
Formen des Körpers
in den Zwischenraum zwischen Platine und Anschlussleitung eindringen
und die Platine innerhalb des Körpers
mediendicht einschließen, insbesondere
von der Anschlussleitung separieren. Alternativ oder ergänzend kann
ein Zwischenelement zwischen der Platine und der Anschlussleitung
angeordnet sein, das vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden
Werkstoff gebildet ist. Der Werkstoff des Zwischenelements kann
so gewählt
sein, dass er mit der den Körper
bildenden Formmasse eine mediendichte Verbindung eingeht.
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In
einer Ausführungsart
ist der Werkstoff des Zwischenelements identisch mit dem den Körper bildenden
Werkstoff. Beim Verpressen oder Umspritzen der Platine verbindet
sich das Zwischenelement mediendicht mit der Formmasse vorzugsweise
derart, dass die Oberfläche
des Zwischenelements angelöst wird
und in der hergestellten Vorrichtung kein abrupter Übergang
von dem Zwischenelement zu der umgebenden Formmasse des Körpers mehr
vorhanden ist. Dadurch kann die Anschlussleitung mediendicht von
der Platine separiert werden und eine an einer Austrittstelle der
Anschlussleitung aus dem Körper eintretende
Flüssigkeit
kann nicht bis zu der Platine vordringen.
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In
einer Ausführungsart
ist die Anschlussleitung durch einen Blechstreifen gebildet. In
einer Ausführungsart
sind mehrere Anschlussleitungen in der Wicklungsanschlussvorrichtung
angeordnet und die mehreren Anschlussleitungen können durch einen sogenannten „lead frame" oder Leiterrahmen
gebildet sein. Ein solcher lead frame kann beispielsweise als Stanzteil
kostengünstig
hergestellt sein.
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In
einer Ausführungsart
ist die Anschlussleitung einstückig
mit der von außen
zugänglichen
Kontaktstelle ausgebildet. Die Kontaktstelle kann beispielsweise
durch einen ersten Abschnitt der Anschlussleitung gebildet sein,
der schräg
und insbesondere quer, d. h. rechtwinklig, zu einem an den ersten
Abschnitt anschließenden
oder zu dem ersten Abschnitt benachbarten zweiten Abschnitt der
Anschlussleitung verläuft.
Wenn die Wicklungsanschlussvorrichtung mehrere Anschlussleitungen
aufweist, so können
diese in ihrem jeweiligen zweiten Abschnitt in einer gemeinsamen
Ebene innerhalb der Wicklungsanschlussvorrichtung verlaufen.
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In
einer Ausführungsart
weist die Wicklungsanschlussvorrichtung weiterhin eine von der Kontaktstelle
beabstandet angeordnete Anschlusseinrichtung auf. Die Anschlusseinrichtung
kann mehrere Kontaktflächen
aufweisen, die insbesondere nebeneinander angeordnet sind. Über diese
Kontaktflächen,
die von außerhalb
des Körpers
elektrisch kontaktierbar sind, ist die jeweils zugeordnete Anschlussleitung
und/oder das jeweils zugeordnete elektrische oder elektronische
Bauelement der Platine elektrisch kontaktierbar. In einer Ausführungsart schließen die
Kontaktstellen bündig
mit einer an die Kontaktstelle anschließenden Fläche des Körpers ab. Die Kontaktstellen
können
flächig
ausgebildet sein und die Anschlusseinrichtung kann einen Teil einer
Steckverbindungseinrichtung bilden.
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In
einer Ausführungsart
ist über
die Anschlusseinrichtung mindestens ein Teil der elektrischen und/oder
elektronischen Bauelemente der Platine elektrisch kontaktierbar.
Die Platine kann sich hierzu bis in den Abschnitt der Anschlusseinrichtung hinein
erstrecken. Die Kontaktflächen
der Anschlusseinrichtung können
an der Platine angeordnet sein, insbesondere rechtwinklig von der
Platine abstehen und mit der Platine unmittelbar verlötet sein.
Die Kontaktstelle der Anschlusseinrichtung für die Anschlussleitung der
Wicklung kann einstückig
von der Anschlussleitung ausgebildet sein.
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In
einer Ausführungsart
weist die Wicklungsanschlussvorrichtung mindestens einen Sensor
auf zum Detektieren der Winkelstellung eines Rotors des Motors oder
Generators. Vorzugsweise weist die Wicklungsanschlussvorrichtung
mehrere, beispielsweise drei solche Sensoren auf, die gleichwinklig
zueinander beabstandet um die Durchtrittsöffnung für den Rotor herum angeordnet
sind. Durch derartige Sensoren kann der Motor oder Generator bürstenlos kommutiert
werden, was insbesondere in reaktionsfördernden Umgebungsbedingungen
mit aggressiven Medien vorteilhaft ist. Der Sensor ist vorzugsweise
nahe dem Durchtritt des Rotors durch die Wicklungsanschlussvorrichtung
angeordnet. In einer Ausführungsart
steht der Sensor rechtwinklig von einer durch die Platine bestimmten
Ebene ab.
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In
einer Ausführungsart
ist der Sensor mit dem elektrisch isolierenden Werkstoff verpresst
oder umspritzt und innerhalb des Körpers gegenüber Umgebungseinflüssen abgedichtet
angeordnet. Der Sensor kann hierbei vor dem Verpressen oder Umspritzen
mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff von einem Hilfselement
mindestens teilweise abgedeckt sein. Das Hilfselement kann haubenförmig oder
hülsenförmig ausgebildet
sein und über
den von der Platine abstehenden Sensor übergestülpt sein. Das Hilfselement
kann aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen, beispielsweise
aus demselben Werkstoff, aus dem der Körper geformt ist.
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In
einer Ausführungsart
stehen die Sensoren und die Kontaktstellen für die Anschlussleitung der Motorwicklung
von derselben Seite der Platine ab. Alternativ hierzu können die
Sensoren und die Kontaktstellen auch von einander gegenüberliegen
Seiten der Platine abstehen. In einer Ausführungsart ist der Körper im
Bereich der Platine oder im Bereich der Kontaktstellen für die Wicklung
oder im Bereich der Sensoren im Wesentlichen ringförmig oder
hohlzylindrisch, wobei die Sensoren und/oder die Kontaktstellen
von einer Stirnfläche
des Rings bzw. des Hohlzylinders rechtwinklig abstehen und mit ihrer
Längsrichtung
parallel zur Achse der Durchtrittsöffnung für den Rotor verlaufen. In einer
Ausführungsart
sind die Sensoren und die Kontaktstellen gleichwinklig zueinander
auf jeweils einer Kreislinie um die Durchtrittsöffnung herum angeordnet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Wicklungsanschlussvorrichtung.
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Die 1 zeigt
einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Wicklungsanschlussvorrichtung 1.
Die Wicklungsanschlussvorrichtung 1 weist eine Platine 10 mit
mehreren elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 12, 14 auf,
die über
auf mindestens einer Seite der Platine angeordneten Leiterbahnen 16 untereinander
und/oder mit weiteren Komponenten der Wicklungsanschlussvorrichtung 1,
beispielsweise mit einem Sensor 32, elektrisch verbunden
sind. Die Leiterbahnen 16 können insbesondere durch Strukturierung
einer metallischen Beschichtung der Platine 10 gebildet
sein.
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Die
Wicklungsanschlussvorrichtung 1 weist außerdem mindestens
eine Anschlussleitung 18 für eine Wicklung 22 eines
Motors oder Generators auf. Die Platine 10 und die Anschlussleitung 18 sind
unter Bildung eines Körpers 20 mit
einem elektrisch isolierenden Werkstoff verpresst oder umspritzt.
Dadurch sind die Platine 10 und die Anschlussleitung 18 innerhalb
des Körpers 20 gegenüber Umgebungseinflüssen abgedichtet
angeordnet. Die Anschlussleitung 18 bildet dabei in einem
ersten Abschnitt eine Kontaktstelle 24 für die Wicklung 22,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
senkrecht zur Zeichenebene verläuft
und mit der Kontaktstelle 24 und damit mit der Anschlussleitung 18 elektrisch
verbunden ist, beispielsweise verlötet oder verschweißt ist.
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Der
die Kontaktstelle 24 bildende erste Abschnitt der Anschlussleitung 18 ragt
aus dem Körper 20 hervor.
Hierzu verläuft
der erste Abschnitt der Anschlussleitung 18 rechtwinklig
zu einem an dem ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt der Anschlussleitung 18,
der parallel zu der Platine 10 verläuft und mit der Platine 10 mechanisch
verbunden sein kann.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zwischen dem zweiten Abschnitt der Anschlussleitung 18 und
der Platine 10 ein Zwischenelement 46 angeordnet,
dass sich vorzugsweise über
die gesamte Länge
des zweiten Abschnitts erstreckt. Das Zwischenelement 46 ist
aus demselben Werkstoff hergestellt wie die den Körper 20 bildende
Formmasse, so dass sich beim Verpressen oder Umspritzen der Platine 10 die
Formmasse innig mit dem Zwischenelement 46 verbindet.
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Im
weiteren Verlauf der Anschlussleitung 18 bildet diese in
einem dritten Abschnitt eine weitere Kontaktstelle 26 aus,
die flächig
ausgebildet sein kann und Teil einer Anschlusseinrichtung 30 der Wicklungsanschlussvorrichtung 1 ist.
Die weitere Kontaktstelle 26 kann wiederum einstückig von
der Anschlussleitung 18 ausgebildet sein, so dass zwischen
der Kontaktstelle 24 für
die Wicklung des Motors oder Generators und der weiteren Kontaktstelle 26 eine
einstückige
Verbindung besteht, die eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Der dritte Abschnitt mit der weiteren Kontaktstelle 26 ist
rechtwinklig gegenüber
dem zweiten Abschnitt der Anschlussleitung 18 abgebogen,
und zwar entgegengesetzt zu dem abgebogenen ersten Abschnitt, der
die Kontaktstelle 24 für
die Wicklung 22 ausbildet.
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An
der Durchtrittstelle des dritten Abschnitts der Anschlussleitung 18 durch
die Platine 10 weist die Platine eine Öffnung 48 auf, deren
lichte Weite größer ist
als die Außenabmessung
des dritten Abschnitts der Anschlussleitung 18. In den
sich ergebenden Spalt kann beim Verpressen oder Umspritzen die den
Körper
bildende Formmasse eindringen und die Anschlussleitung 18 mediendicht
von der Platine 10 trennen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann das Zwischenelement 46 eine in die Öffnung 18 mindestens
teilweise eingreifende Auskragung aufweisen.
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Die
Anschlusseinrichtung 30 weist mehrere, beispielsweise senkrecht
zur Zeichenebene der 1 hintereinander angeordnete
weitere Kontaktstellen 26 auf, über die auch die Bauelemente 12, 14 oder
weitere Komponenten der Wicklungsanschlussvorrichtung 1 elektrisch
kontaktierbar sind. Die Anschlusseinrichtung 30 kann dabei
insbesondere durch die Formgestaltung des Körpers 20 als Teil
einer Steckverbindungseinrichtung ausgebildet sein, beispielsweise
kann die gesamte Wicklungsanschlussvorrichtung 1 im Bereich
der Anschlusseinrichtung 30 mit einem zugehörigen Steckverbindungselement
einer weiterführenden
Leitung oder einer übergeordneten
Steuereinheit zusammensteckbar sein.
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Durch
den Körper 20 sind
mit Ausnahme der Kontaktstelle 24 und dem daran unmittelbar
anschließenden
ersten Abschnitt der Anschlussleitung 18 und mit Ausnahme
der weiteren Kontaktstelle 26 alle Flächen der Platine 10 und
der Bauelemente 12, 14 abgedeckt und gegenüber Umgebungseinflüssen dicht
verschlossen. Dies gilt auch für
den Sensor 32 zum Detektieren der Winkelstellung eines
Rotors des Motors oder Generators. Mit dem Sensor 32 ist
eine bürstenlose
Kommutierung des Motors oder Generators möglich. In einer Ausführungsart
ist der Sensor 32 durch einen Hall-Sensor realisiert. Der
Sensor 32 ist auf der Platine 10 angeordnet und
mit den weiteren Bauelementen 12, 14 der Platine
verbunden und über
die Anschlusseinrichtung 30 elektrisch kontaktierbar. Um
den Sensor 32 bei der Bildung des Körpers 20 mechanisch
zu stabilisieren, ist vor dem Verpressen oder Umspritzen über dem
Sensor 32 ein im dargestellten Ausführungsbeispiel haubenförmiges Hilfselement 34 gestülpt. Das
Hilfselement 34 kann reibschlüssig auf den Sensor 32 aufgesetzt
werden und über
punktförmige,
linienförmige
oder flächige Abschnitte 36 in
Anlage an dem Sensor 32 sein.
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Im
Bereich der Anschlusseinrichtung 30 ist vor dem Verpressen
oder Umspritzen ein weiteres Hilfselement 38 angeordnet,
das in punktförmiger,
linienförmiger
oder flächiger
Anlage an den weiteren Kontaktstellen 26 und/oder der Platine 10 ist
und insbesondere die weiteren Kontaktstellen 26 beim Verpressen
oder Umspritzen mechanisch stabilisiert. Vorzugsweise besteht das
Hilfselement 34 und/oder das weitere Hilfselement 38 aus
demselben Werkstoff wie der Körper 20.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
stehen der Sensor 32 und der die Kontaktstelle 24 bildende erste
Abschnitt der Anschlussleitung 18 von derselben Seite der
Platine 10 ab. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass
der Sensor 32 und die Kontaktstelle 24 auf einander
gegenüberliegenden
Seiten der Platine abstehen. Die Platine 10 weist eine Öffnung 42 für den Durchtritt
des sich entlang der Rotorachse 40 erstreckenden Rotors
des Motors oder Generators auf. Die Platine 10 kann jedenfalls
im Abschnitt der Anordnung der Bauelemente 12, 14 ringförmig ausgebildet
sein und die Öffnung 42 kann
zentrisch auf der Platine angeordnet sein. Der Körper 20 weist ebenfalls
eine Öffnung 44 für den Durchtritt
des Rotors auf, die konzentrisch zu der Öffnung 42 der Platine 10 ist.
Die lichte Weite der Öffnung 44 des Körpers 20 ist
dabei geringer als die lichte Weite der Öffnung 42 der Platine 10,
so dass die Öffnung 42 der Platine 10 vollständig durch
den Körper 20 abgedeckt ist.
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Der
Sensor 32 weist einen radialen Abstand von weniger als
5 mm, vorzugsweise weniger als 3 mm und insbesondere weniger als
2 mm vom Rand der Öffnung 44 auf.
Die durch den Körper 20 gebildete
Mantelfläche
um den Sensor 32 kann bündig
mit der Öffnung 44 sein.
Die Wandstärke
des Körpers 20 beträgt im Bereich
des Sensors 32 weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als
1 mm und insbesondere etwa 0,5 mm. Dadurch ist der Luftspalt zum
Rotor möglichst
gering.
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Der
Abschnitt des Körpers 20 im
Bereich der Bauelemente 12, 14 und des Sensors 32 oder
der Kontaktstelle 24 ist über einen taillenartig schmaler ausgebildeten
Verbindungsabschnitt mit dem die Anschlusseinrichtung 30 ausbildenden
Abschnitt des Körpers 20 verbunden.
Insbesondere ist der Abschnitt des Körpers 20 im Bereich
der Bauelemente 12, 14 und des Sensors 32 kreisringförmig mit
der zentrischen Öffnung 44 ausgebildet, wobei
die Stirnflächen
planparallel zu einander sind. Die Anschlusseinrichtung 30 ist
zylinderförmig
mit senkrecht zur Zeichenebene der 1 verlaufenden
Zylinderachse ausgebildet. Dadurch ist die Ankopplung der Wicklungsanschlussvorrichtung 1 an
eine weiterführende elektrische
Leitung vereinfacht.